近日，安徽工業大學先進金屬材料綠色制備與表面技術教育部重點實驗室張世宏教授團隊在國際權威期刊《Corrosion Science》和《Journal of the American Ceramic Society》上發表航空發動機和燃氣輪機表面防護的最新研究成果。該校為論文第一單位，團隊青年教師張振亞博士、薛召露博士分別為第一作者，張世宏教授為論文通訊作者。研究工作得到了國家重點研發計劃（中韓政府間國際科技創新合作專項）、博士后基金面上項目、安徽省杰出青年基金、安徽省自然科學基金等項目支持。

在航空發動機服役環境中，陶瓷基熱端部件面高溫水蒸氣腐蝕、腐蝕介質(CaO-MgO-Al2O3-SiO2)CMAS熔鹽和外物沖擊等惡劣環境。環境障涂層作為航空發動機熱端部件材料的“保護衣”，可以有效提高陶瓷基復合材料耐高溫水氧腐蝕和抗高溫CMAS熔鹽侵蝕的性能，顯著降低陶瓷基復合材料的氧化速率和腐蝕速率，提高陶瓷基復合材料作為航空發動機熱端部件的服役溫度并延長服役壽命，是先進航空發動機不可或缺的核心關鍵技術之一。

（CMAS與YxYb(2-x)Si2O7在界面處生成抑制CMAS熔鹽滲透的磷灰石層）

（YxYb(2-x)Si2O7與CMAS熔鹽在熱-力-化環境中微觀組織和化學成分演變行為）

（YxYb(2-x)Si2O7與CMAS熔鹽的光學堿度差異及反應層厚度內在聯系）

團隊制備出一系列環境障涂層YxYb(2?x)Si2O7(x=0.3, 0.5, 0.8, 1.0)硅酸鹽固溶體材料，研究了其在超高溫1475 ℃ CMAS熔鹽環境中的腐蝕行為，表征了CMAS熔鹽與YxYb(2?x)Si2O7材料發生的化學反應、滲透和擴散行為、裂紋的萌生和擴展行為等，闡明了YxYb(2?x)Si2O7微觀結構及化學成分演變規律以及Y3+/Yb3+比對材料性能的影響，結合光學堿度理論，揭示了YxYb(2?x)Si2O7耐超高溫1475 ℃ CMAS熔鹽腐蝕機制。團隊研發的YxYb(2-x)Si2O7材料可以提高航空發動機熱端部件抵抗CMAS熔鹽的腐蝕，具備作為新一代先進環境障涂層的潛力。該研究為環境障涂層在超高溫CMAS環境中的服役提供了一種新的方案，對提升航空裝備的綜合性能和促進“兩機”的發展具有戰略意義。

（不同含量Yb2Si2O7-SiO2粉末組成制備的Yb2Si2O7涂層的XRD圖譜）

（接近化學計量比Yb2Si2O7涂層的TEM及其相關區域的電子衍射）

Yb2Si2O7力學性能優異，熱膨脹系數與Si粘結層及SiC-CMCs基體相匹配，是一種很有應用前景的環障涂層候選材料。盡管Yb2Si2O7材料具有優異的性能，但是由于Yb2Si2O7在高溫等離子焰流中存在嚴重的燒蝕揮發問題，導致涂層的成分嚴重偏離了粉末材料組成，造成冷熱循環過程中產生較大的熱應力，嚴重影響高溫防護涂層的服役壽命。團隊研究了等離子噴涂Yb2Si2O7涂層的沉積機理，掌握了微觀組織和相結構精確控制技術，通過調控噴涂工藝參數和噴涂粉末材料特性，解決了等離子噴涂過程中的SiO2揮發問題，制備出微觀組織致密且接近化學計量比Yb2Si2O7涂層。該研究為利用大氣等離子噴涂技術制備“純”硅酸鹽層提供了技術支撐和理論依據。